Установка для гашения работающего ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях в газодинамической трубе



Установка для гашения работающего ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях в газодинамической трубе
Установка для гашения работающего ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях в газодинамической трубе

 


Владельцы патента RU 2559903:

Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Искра"(ПАО"НПО"Искра") (RU)

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива. Установка для гашения работающего ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях в газодинамической трубе содержит источник хладагента и соединенное с ним через управляющий клапан устройство подачи хладагента в камеру сгорания. В газодинамической трубе за срезом сопла размещен инжектор, а перед инжектором установлены форсунки, соединенные с источником хладагента через управляющий клапан, срабатывающий при достижении заданного давления в камере сгорания. Устройство подачи хладагента в камеру сгорания снабжено вскрывающим элементом, выполненным в виде цилиндра, внутри которого размещен полый поршень с коническим штоком. В штоке выполнены каналы, подающие хладагент, а на корпусе цилиндра установлен пиропатрон. Изобретение позволяет сократить время гашения ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях в газодинамической трубе. 2 ил.

 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), и предназначено для гашения РДТТ при наземной отработке в газодинамических трубах (ГДТ).

В процессе отработки РДТТ возникает необходимость оценки состояния материальной части РДТТ путем дефектации ее после огневых стендовых испытаний. По результатам дефектации элементов РДТТ (корпуса, сопла) определяются: состояние теплозащитных покрытий, степень уноса, деструкции и разрушения материалов. Однако за период от окончания работы РДТТ до проведения дефектации материалы конструкции подвергаются дополнительным воздействиям, которые обусловлены догоранием остатков твердого топлива в камере сгорания, выравниванием температуры по толщине стенок, взаимодействием с атмосферным кислородом. Выделяемая в этот период теплота вызывает дополнительное коксование теплозащитных материалов, тепловое повреждение силовых элементов конструкции. Описанные процессы приводят к ошибочной оценке результатов испытаний и надежности работы конструкции РДТТ, что, в свою очередь, может существенно повысить погрешности расчетов удельного импульса тяги, требуемых толщин стенок корпуса и его теплозащиты.

Наиболее эффективным средством фиксации состояния материальной части РДТТ после огневых стендовых испытаний является гашение, при котором происходит быстрое прекращение процессов горения в двигателе и устраняются или минимизируются эффекты последействия.

Известны установки гашения (см. Конструкция и отработка РДТТ. Под редакцией А.М. Виницкого. М.: Машиностроение, 1980. - Стр. 117), которые содержат устройства подачи хладагента (например, воды) компактной струей или распылением. При этом хладагент подается со стороны сопла РДТТ. Недостатком установки является ее большая инерционность задействования при отработке РДТТ в газодинамической трубе (ГДТ), обусловленная перемещением элементов устройства внутри ГДТ с целью подачи хладагента со стороны сопла, что приводит к увеличению периода гашения и эффектов последействия.

Известна установка для гашения работающего РДТТ при испытаниях (см. патент РФ на изобретение №2477810). Установка содержит источник хладагента, соединенное с ним через управляющий клапан устройство подачи хладагента в камеру сгорания.

Недостатком устройства является подача хладагента в камеру сгорания через систему узла давления (через штуцер в донной части), использующегося для измерения давления в камере сгорания РДТТ, что изменяет штатную конструкцию РДТТ и является недопустимым при зачетных испытаниях. Кроме того, в начальный момент гашения РДТТ падение давления в камере сгорания за счет снижения температуры продуктов сгорания опережает рост давления за счет прихода массы хладагента, вследствие чего наблюдается подсос окружающего воздуха в камеру сгорания РДТТ во время гашения, процессы горения интенсифицируются, а эффекты последействия возрастают.

Технической задачей данного изобретения является получение достоверной информации о состоянии материальной части РДТТ, в том числе без изменения штатной конструкции РДТТ при испытании в ГДТ.

Технический результат достигается тем, что в установке для гашения работающего РДТТ при испытаниях в газодинамической трубе, содержащей источник хладагента, соединенное с ним через управляющий клапан устройство подачи хладагента в камеру сгорания, в газодинамической трубе за срезом сопла размещен инжектор, а перед инжектором установлены форсунки, соединенные с источником хладагента через управляющий клапан, срабатывающий при достижении заданного давления в камере сгорания, кроме того, устройство подачи хладагента в камеру сгорания снабжено вскрывающим элементом, выполненным в виде цилиндра, внутри которого размещен полый поршень с коническим штоком, а в штоке выполнены каналы, подающие хладагент, причем на корпусе цилиндра установлен пиропатрон.

Размещение в газодинамической трубе за срезом сопла инжектора, а перед инжектором - форсунок, соединенных с источником хладагента через управляющий клапан, срабатывающий при достижении заданного давления в камере сгорания, обеспечивает изоляцию сопла и камеры сгорания от взаимодействия с атмосферным кислородом, а также подачу хладагента в камеру сгорания со стороны сопла в начальный момент гашения, что позволяет минимизировать время гашения РДТТ.

Снабжение устройства подачи хладагента в камеру сгорания вскрывающим элементом, выполненным в виде цилиндра, внутри которого размещен полый поршень с коническим штоком, а в штоке выполнены каналы, подающие хладагент (причем на корпусе цилиндра установлен пиропатрон), обеспечивает быстродействие по вскрытию оболочки корпуса РДТТ из полимерных композиционных материалов и интенсивное гашение и охлаждение РДТТ без каких-либо изменений его конструкции.

Таким образом, обеспечивается достоверность информации о состоянии материальной части РДТТ без изменения штатной конструкции РДТТ при испытании в ГДТ.

Совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения является новой и позволяет получить достоверную информацию о состоянии материальной части РДТТ без изменения штатной конструкции РДТТ при испытании в газодинамической трубе (ГДТ) на момент окончания работы РДТТ, в том числе с корпусами из полимерных композиционных материалов.

На фиг. 1 показана схема размещения элементов установки.

На фиг. 2 показана конструктивная схема устройства подачи хладагента в камеру сгорания с вскрывающим элементом.

Установка для гашения имеет источник хладагента 1. Источник хладагента соединен трубопроводом 2 через управляющий клапан 3 с устройством 4 подачи хладагента в камеру сгорания РДТТ 5 при испытании в газодинамической трубе 6. Исполнительным элементом устройства 4 подачи хладагента в камеру сгорания может быть обратный клапан 7. В газодинамической трубе за срезом сопла РДТТ размещен инжектор 8 с клапаном 9. Перед инжектором установлены форсунки 10, соединенные с источником хладагента 1 через управляющий клапан 3, срабатывающий при достижении заданного давления в камере сгорания.

Устройство 4 подачи хладагента в камеру сгорания снабжено вскрывающим элементом, выполненным в виде цилиндра 11, внутри которого размещен полый поршень 12 с коническим штоком. В штоке выполнены каналы 13, подающие хладагент. На корпусе цилиндра 11 установлен пиропатрон 14. Вскрывающий элемент предназначен для пробоя оболочки 15 корпуса РДТТ с целью подачи хладагента для гашения. Давление в камере сгорания РДТТ контролируется датчиком давления 16.

Работа установки гашения заключается в следующем.

В период начала спада давления в камере сгорания РДТТ 5 (окончание установившегося режима) открывается клапан 9 подачи рабочего тела инжектора (например, перегретого пара) и включается инжектор 8. При давлении на срезе сопла инжектора 8 больше давления на срезе сопла двигателя струя, истекающая из инжектора, расширяется, а поток, истекающий из сопла двигателя, сужается. В процессе дальнейшего падения давления в камере сгорания (период выключения двигателя) поток, истекающий из двигателя, продолжает сужаться, а струя инжектора 8 - расширяться. Тем самым обеспечивается начальное охлаждение испытуемого двигателя без доступа воздуха.

В момент спада давления в камере по датчику давления 16 до заданной величины начала гашения подается сигнал на открытие управляющего клапана 3 и на пиропатрон 14. За счет срабатывания пиропатрона создается давление в полости цилиндра 11, а поршень 12 перемещается в цилиндре и пробивает коническим штоком оболочку 15 корпуса РДТТ из полимерных композиционных материалов. Движение поршня ограничивается задней стенкой цилиндра. При этом ход поршня (длина конического штока) и расстояние от цилиндра 11 до оболочки 15 корпуса РДТТ выбираются такими, чтобы на момент полного выдвижения штока выполненные в нем каналы 13 находились внутри корпуса РДТТ.

Через открытый управляющий клапан 3 хладагент (например, газообразный азот) по трубопроводу 2 подается через форсунки 10 в область между соплом и струей инжектора 8, а через обратный клапан 7 и каналы 13 - в камеру сгорания. Для эффективного применения вскрывающего устройства его необходимо размещать у переднего днища РДТТ.

В этом случае хладагент, подаваемый в область переднего днища, охлаждает внутреннюю поверхность корпуса, включая район заднего днища, и выходит через сопло. При этом в начальный момент гашения РДТТ падение давления в камере сгорания за счет снижения температуры продуктов сгорания опережает рост давления за счет прихода массы хладагента, вследствие чего наблюдается подсос хладагента (например, газообразного азота) из области за срезом сопла в камеру сгорания РДТТ, что интенсифицирует процесс гашения и уменьшает эффекты последействия.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет получить эффективное гашение в сочетании с быстродействием выполнения требований к условиям охлаждения РДТТ (см. Конструкция и отработка РДТТ. Под редакцией А.М. Виницкого. М.: Машиностроение, 1980. - Стр. 117). Анализ состояния матчасти корпуса, поврежденной вскрытием для гашения, проводится путем переноса результатов анализа состояния аналогичных частей корпуса без повреждений. Погрешность такого анализа невелика из-за малой площади повреждения части корпуса.

Быстрое и эффективное гашение РДТТ обеспечивает получение достоверности информации о состоянии материальной части, в том числе без изменения штатной конструкции РДТТ при испытании в ГДТ.

Установка для гашения работающего ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях в газодинамической трубе, содержащая источник хладагента, соединенное с ним через управляющий клапан устройство подачи хладагента в камеру сгорания, отличающаяся тем, что в газодинамической трубе за срезом сопла размещен инжектор, а перед инжектором установлены форсунки, соединенные с источником хладагента через управляющий клапан, срабатывающий при достижении заданного давления в камере сгорания, кроме того, устройство подачи хладагента в камеру сгорания снабжено вскрывающим элементом, выполненным в виде цилиндра, внутри которого размещен полый поршень с коническим штоком, а в штоке выполнены каналы, подающие хладагент, причем на корпусе цилиндра установлен пиропатрон.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендам для проведения гидроиспытаний корпусов ракетных двигателей на твердом топливе, как на рабочее давление, так и на давление формования твердотопливного заряда.

Изобретение относится к области испытаний ракетных двигателей, а именно к стапелям для измерения осевой силы тяги ракетных двигателей. Стапель для измерения осевой силы тяги ракетного двигателя содержит неподвижную раму, подвижную часть с узлами крепления двигателя, переходник и преобразователи силы.

При термовакуумных испытаниях термокаталитических двигателей в составе космического аппарата на камеру термокаталитического разложения рабочего тела с соплом устанавливают герметичную заглушку, магистраль межблочного трубопровода через проверочную горловину и технологическую магистраль сообщают со стендовым средством вакуумирования, мановакуумметром и газовым пультом, между которыми установлен вентиль.
Изобретение относится к комплексам автоматизированного управления ракетными формированиями и формированиями реактивных систем залпового огня крупного калибра.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при экспериментальной отработке заборных устройств, установленных в топливных баках ракет, для экспериментального определения гидравлических остатков незабора топлива в динамических условиях.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при экспериментальной отработке заборных устройств, установленных в топливных баках ракет, для экспериментального определения гидравлических остатков незабора топлива.

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике и может быть использована при проведении физического моделирования процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступени ракет-носителей (РН) в условиях малой гравитации с использованием экспериментальных модельных установок в земных условиях, а также и при натурных пусках РН с системами газификации.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании деталей из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), работающих в условиях воздействия высокотемпературной окислительной среды на поверхности деталей ракетной техники.

Изобретение относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использовано при проведении модельных испытаний. Устройство содержит подводящий трубопровод, соединенный с ресивером, выполненным с возможностью разъемного соединения с испытываемым соплом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством съемных фланцевых накладок и с возможностью опирания измерительными средствами на корпус ресивера, в котором подводящий трубопровод снабжен упругой вставкой.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в газогидравлических магистралях жидкостных ракетных двигателей. В способе установки геометрической оси камер жидкостного ракетного двигателя в номинальном положении, основанном на исключении влияния технологических отклонений при изготовлении агрегатов, деталей и сборочных единиц, а также усадки материала в сварных швах стыков газовых магистралей между турбонасосным агрегатом и головками камер на угловое отклонение геометрических осей камер от номинального положения, согласно изобретению измерение фактических параметров замыкающего компенсирующего устройства, его изготовление, подгонка и сварка выполняются на заключительной стадии сборки магистралей после выполнения всех сварных швов стыкуемых агрегатов деталей и сборочных единиц.

Экспериментальный газогенератор для определения параметров продуктов сгорания твердых топлив, включающий корпус, переднюю крышку, сопловой блок и заряд торцевого горения из твердого топлива, а также датчик тяги, выполненный с возможностью упора в опорную плиту. В корпусе экспериментального газогенератора расположен инертный наполнитель, на который опирается заряд торцевого горения. Между корпусом и сопловым блоком выполнена коническая вставка со штуцерами для датчиков давления и температуры, а в сопловом блоке расположено сопло с дозвуковой и сверхзвуковой частями. Изобретение позволяет испытывать заряд произвольной длины, а также повысить степень достоверности определения потерь удельного импульса тяги. 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при создании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), снабженных устройствами гашения колебаний (демпферами). Изобретение предназначено, в частности, для определения амплитудно-фазовых частотных характеристик газового демпфера с перфовставкой, и расчета на основании полученных данных оптимальных параметров демпфера, при которых его эффективность максимальна. Способ включает измерение и сравнение откликов демпфера на возмущающее воздействие в виде гармонических колебаний. При этом демпфер устанавливают на модель натурного трубопровода. Заполняют систему рабочей жидкостью, создают рабочее давление. Надувают газовый демпфер до установки рабочего уровня жидкости в нем. Формируют серии возмущающих воздействий в виде гармонических колебаний с рабочим диапазоном частот для задаваемых величин амплитуд колебаний давления, разных для каждой серии. Измеряют отклики демпфера в виде амплитуд колебаний давления в газовой полости демпфера и в модели натурного трубопровода на входе в демпфер, а также фазовый сдвиг между указанными амплитудами. Технический результат заключается в повышении точности определения амплитудно-фазовых частотных характеристик демпфера. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

При подтверждении внутрибаллистических и энергетических характеристик твердотопливного заряда ракетного двигателя сжигают серию зарядов с различной скоростью горения в камере-имитаторе с расходным круглым отверстием критического сечения с замером давления в камере-имитаторе. Перед сжиганием заряд термостатируется до температуры, обеспечивающей скорость горения заряда и давление в двигателе с минимальными отклонениями от их номинальных значений и определяемой по формуле, защищаемой настоящим изобретением. Стендовое устройство для подтверждения внутрибаллистических и энергетических характеристик твердотопливного заряда ракетного двигателя содержит металлический стапель с горизонтальной поворотной плитой для крепления камеры-имитатора с расходным круглым отверстием критического сечения, датчик замера давления в камере-имитаторе и силоизмеритель между поворотной плитой и стапелем. Стапель имеет вертикальную упорную стенку, к которой крепится кронштейн с подшипниковым узлом для вертикального вала поворотной плиты. Силоизмеритель закреплен на вертикальной упорной стенке стапеля и соприкасается с боковой поверхностью поворотной плиты. Поворотная плита и вертикальная упорная стенка стапеля связаны в горизонтальной плоскости витой пружиной для начального поджатия поворотной плиты стапеля к силоизмерителю. Поворотная плита под камерой-имитатором имеет вертикальные стойки, соприкасающиеся с полом стенда через концевые подшипники, оси которых перпендикулярны оси силоизмерителя. Камера-имитатор заключена в теплоизолирующий кожух и имеет трубопровод с соплом, ось которого параллельна оси силоизмерителя. Оси трубопровода с соплом и силоизмерителя перпендикулярны вертикальной упорной стенке стапеля. Группа изобретений позволяет снизить погрешность при определении внутрибаллистических и энергетических характеристик твердотопливного заряда ракетного двигателя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано для определения скорости горения твердого ракетного топлива при стационарном и переменном давлении в камере сгорания. Способ включает подготовку, монтаж и сжигание цилиндрического образца твердого ракетного топлива в камере сгорания, имеющей систему регистрации давления и вентили подачи и сброса давления, нанесение пропилов на поверхность образца, поджигание образца, поддержание и контроль давления в камере на уровне заданного, определение скорости горения по расчетным соотношениям. Поддержание и контроль давления осуществляется автоматически, а сжигание образца осуществляется в камере сгорания, заполненной до начала горения инертным газом, сжатым до требуемого уровня. Перед монтажом у испытуемого образца, со стороны наружной цилиндрической поверхности, на фиксируемых расстояниях от переднего торца образца в радиальном направлении ножевыми резцами наносят две или более кольцевых радиальных просечек и затем бронируют образец по цилиндрической поверхности, причем просечки наносят в начале и конце каждого контрольного участка. Скорость горения твердого ракетного топлива определяют на контрольном участке горящего свода образца по расчетным соотношениям. Изобретение повысить точность определения скорости горения твердого ракетного топлива. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива. Установка для гашения ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях содержит связанную с системой подачи охлаждающей жидкости полую штангу с форсункой. Между полой штангой с форсункой и системой подачи охлаждающей жидкости размещены телескопически сочлененные между собой полые поршни, причем у юбки каждого поршня установлен коллектор перетекания охлаждающей жидкости, а у днища каждого поршня выполнены радиальные каналы, соединяющие полость поршня в его выдвинутом положении с коллектором перетекания охлаждающей жидкости смежного поршня. По периметру коллекторов перетекания охлаждающей жидкости установлены форсунки. На полом поршне установлен центрирующий механизм, выполненный в виде поворотных стержней с фиксаторами начального и конечного положений. Изобретение позволяет получить достоверную информацию о состоянии материальной части, в том числе ракетных двигателей большого удлинения, а также высотных ракетных двигателей при огневых стендовых испытаниях в газодинамических трубах. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к моделированию процесса сжигания продуктов газификации неизрасходованных остатков жидких компонентов ракетного топлива в баках отработанной ступени ракеты-носителя. В способе моделирования, включающем введение в экспериментальную установку продуктов газификации из каждого бака, зажигание рабочей смеси, проведение измерений параметров процесса, в соответствии с изобретением при моделировании процесса сжигания продуктов газификации окислителя, исследуемый состав приготавливают путем смешения газообразного окислителя, паров воды и гелия, а при моделировании процесса сжигания продуктов газификации горючего, исследуемый состав приготавливают путем смешения теплоносителя, газообразного горючего и гелия. Устройство для реализации способа, включающее в свой состав коллектор, экспериментальный бак, магистрали подачи компонентов топлива, при этом в его состав введены баллоны, наполненные продуктами газификации компонентов топлива и соединенные через регулируемые клапаны, и дроссели с коллектором, система зажигания продуктов газификации. Изобретение обеспечивает расширение экспериментальных методов исследований сжигания сложных составов, а также снижение затрат при проведении экспериментальных исследований. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх